驱动轴用冷精加工无缝钢管及其制造方法技术

本发明专利技术提供驱动轴用冷精加工无缝钢管及其制造方法。对于钢的成分设计，降低含有的Ｓ量，并且，在利用张力减径机进行的定径轧制中将轧制辊做成更接近正圆的孔型轮廓，使辊边部相当位置的管的形状比（内表面的曲率半径与平均内半径之比）适当，或者即使在被定径轧制后的管坯中产生内表面折皱的情况下，在之后的冷拔时通过确保规定的壁厚加工度，可以作为可用作汽车用驱动轴的、轻量化、静音化最佳的、高强度且耐疲劳强度优良的空心构件来使用。由此，可以用低廉的制造成本且高效地制造汽车用驱动轴。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及，更详细地讲，是涉及可用作汽车用驱动轴的轻量化和静音性最佳、高强度且耐疲劳强度优良的空心构件的冷精加工无缝钢管、以及高效地制造该无缝钢管的方法。
技术介绍
最近，针对保护地球环境的必要性的提高，谋求汽车车体的轻量化，更进一步要求达到节能效果。因此，从车体轻量化的方面考虑，尝试将汽车用零件由实心构件替换为空心构件。针对这样的尝试，可在汽车的驱动轴中采用空心构件。 具体地讲，为了在具有汽车车体的轻量化的同时还具有操纵性、静音性，开始在局部采用3段(使用对构件的中间部未实施高频淬火等热处理的钢管，在等速万向节、连结于差动齿轮的端部使用中空材料、锻造材料)摩擦加压焊接型的空心驱动轴。 由于汽车用驱动轴是向驱动轮传递发动机转轴的转矩的重要保护零件，因此，需要确保充分的耐疲劳强度，但在将无缝钢管用作空心构件的情况下，根据钢管的制造条件，有时候会在空心构件的内表面残留折皱状伤痕、即在与长度方向垂直的截面内表面形成的凹凸伤痕(以下称作“内表面折皱”)。在内表面折皱残留时，其成为疲劳裂缝的起点等而易于导致破损，显著降低驱动轴的耐疲劳强度。 因此，对于制造驱动轴的空心构件所采用的钢管，研究出向钢管内插入除顶头之外的芯棒而反复冷拔到规定尺寸的方法，在反复冷拔的方法中，可以将钢管的内外表面加工成平滑，将其精加工为规定尺寸，但由于为了获得平滑的内表面而需要反复地数次进行拉拔加工和中间退火，因此，存在制造成本增加这样的问题。 为了解决这样的问题，在日本专利第2822849号公报中，提出了这样的方法，即，利用曼内斯曼(Mannersmann)制管法，使用张力减径机(stretch reducer)来高效地制造无缝钢管，通过喷丸磨削等切削该钢管内表面而制造驱动轴等汽车用无缝钢管。采用该制造方法，通过将热轧后的无缝钢管的内表面切削加工20μm～500μm，去除产生于钢管内表面的折皱，从而谋求提高耐疲劳强度。 但是，采用这样的喷丸的内表面磨削需要大量的处理时间。具体地讲，可用作驱动轴用的钢管的对象是内径为15φ～25φ左右的小径构件，但为了确保上述磨削量而对它们的管内表面实施喷丸加工需要几十分钟到几个小时的大量的处理时间。因此，在日本专利第2822849号公报中提出的制造方法中，存在制造成本增加、且无法确保产业上必要的量产性这样的大问题。 以热加工制造无缝钢管的曼内斯曼制管法由在实心钢坯的中心部开孔的穿孔工序、以该穿孔后的空心管坯的壁厚加工为目的的延伸轧制工序、和减小管坯外径而将其精加工为目标尺寸的定径轧制工序构成。 通常，在穿孔工序中采用曼内斯曼穿孔机、交叉型穿孔轧制机、压力穿孔机等穿孔轧制机，在延伸轧制工序中采用芯棒式无缝管轧机、自动轧管机、阿塞尔穿孔机等轧制机、并且，在定径轧制工序中采用张力减径机、定径机等孔型轧制机。 图1是说明以热加工制造无缝钢管的曼内斯曼制管法的制造工序一个例子的图。该制管方法将被加热为规定温度的实心的圆钢坯1作为被轧制材料，用穿孔轧制机3在其轴心部开设穿孔而制造空心管坯2，将其进给到后续的芯棒式无缝管轧机4的延伸轧制装置而将其延伸轧制。通过芯棒式无缝管轧机4的空心管坯2接着被装入再热炉5而被再次加热之后，通过张力减径机6的定径轧制装置而制造出可用于冷加工用管坯等的无缝钢管。 在这样的制管法中，对于图示的张力减径机6的构造，按压空心管坯2的一对轧制辊由3个以轧制线(pass line)为中心相面对配置的孔型轧制辊6r构成，这些孔型轧制辊6r配置于多个轧制机，在相邻的轧制机之间，各个孔型轧制辊6r在与轧制线垂直的面内使其按压方向各错开60°地交叉配置。 作为其它的张力减径机的构造，可采用包括在与轧制线垂直的面内使其按压方向各错开90°地交叉配置的4个孔型轧制辊的4辊式定径轧制装置、以及包括面向各轧制机的2个孔型轧制辊的2辊式定径轧制装置。 但是，由于可用作定径轧制装置的张力减径机不使用芯轴等内表面限制工具而通过外径缩径轧制来精加工空心管坯，因此，易于在热轧制后的钢管内表面产生纵筋状的折皱。 并且，在上述图1所示的张力减径机的例子中，由于是由3个轧制辊构成的外径缩径轧制，因此，空心管坯相对于轧制线从3个方向受到按压。因此，热精加工后的钢管的内表面形状不是正圆，而是有棱角或多边形化的圆，易于在其内表面形成凹凸形状。仅通过喷丸等磨削加工来将该内表面的凹凸形状矫正为正圆较为困难。 通常，采用空心构件的驱动轴为了确保耐疲劳强度而谋求高强度化，但在被该高强度化的材料中，以内表面折皱为起点的疲劳裂纹易于发展，有时会显著降低耐疲劳强度。因而，随着驱动轴用空心构件的高强度化，疲劳裂纹产生的应力集中敏感性升高，强烈要求确保内表面品质。
技术实现思路
本专利技术即是鉴于随着制造以往的驱动轴等汽车用无缝钢管产生的问题点而做成的，其目的在于提供这样的冷精加工无缝钢管及其制造方法，即，通过使用由曼内斯曼制管法热轧制后的管坯来实施冷拔，特别是作为摩擦焊接型等接合型的空心驱动轴，汽车用驱动轴的轻量化、静音性最佳，高强度且耐疲劳强度优良。 由于驱动轴是将汽车发动机的转轴转矩传递到驱动轮的零件，因此，期望不产生可成为疲劳破坏起点的缺陷，但如上所述，由于张力减径机等定径轧制装置不使用内表面限制工具而通过外径缩径轧制来精加工空心管坯，因此，易于在热轧制后的钢管中产生纵筋状的内表面折皱。 因此，对于将作为空心构件而制造的钢管保持原样地使用的摩擦焊接型驱动轴，对影响疲劳寿命的内表面折皱、特别是内表面折皱的深度对耐疲劳强度的影响进行了研究。 图2是以具有传动轴的汽车的驱动系统来例示连结于驱动轮的驱动轴的整体概略构造的图。在图示的构造中，驱动轴7由外端连结于驱动轮的等长轴7a、和将一端连接于差动齿轮装置10且配置于中间部的中间轴(Intermediate Shaft)7b构成。差动齿轮装置10固定于车体，其输入轴借助联轴器11连结于传动轴12，但在车体构造上无法配置于车体的中心部。 另外，在本专利技术中的传动轴用是指使用于构成上述传动轴7的轴7a或7b等。 作为驱动转矩的动力传递效率，使用等长轴7a连结于驱动轮较为有效，因此，在中间部配置中间轴(Intermediate Shaft)7b，可利用等长轴7a来连结。将钢管照原样使用的摩擦加压焊接型驱动轴通常用作连结于驱动轮的驱动轴中的中间轴(Intermediate Shaft)7b。 例如，在作为中间轴传递转轴转矩时，对驱动轴的外表面作用大于内表面的剪切应力。因此，在驱动轴的内表面没有折皱等缺陷的状态下，内外表面的疲劳极限剪切应力均足够大的情况下，疲劳裂纹自作用有大于内表面的剪切应力的外表面侧产生、发展。 因而，即使在内表面存在内表面折皱的情况下，若可以控制产生于内表面侧的内表面折皱，使得内表面侧的疲劳极限剪切应力不超过在外表面侧规定的剪切应力，即使是残留于作为空心构件而制造的钢管的内表面折皱，作为结果，也不会影响驱动轴的疲劳寿命，在实用上也没有问题。 由这样的观点详细调查残留于被冷精加工后的钢管的内表面折皱对驱动轴的疲劳寿命的影响，结果，得出作为其界限的深度为0.20mm的见解。 并且，作为上述见解的前提，对在利用张力减径机等进行的定径轧制中的内表面折皱的产生动作进行了研究。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种驱动轴用冷精加工无缝钢管，其特征在于，钢组成为，以质量％计，含有Ｃ：０．３０～０．４７％、Ｓｉ：０．５０％以下、Ｍｎ：０．５０～２．００％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．００５％以下及Ａｌ：０．００１～０．０５０％，剩余部分由Ｆｅ及杂质构成；　抗拉强度为７８４Ｍｐａ以上、且９５０Ｍｐａ以下；　在与长度方向垂直的截面中的内表面残留的内表面折皱的深度为０．２０ｍｍ以下。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：山本忠之，
申请(专利权)人：住友金属工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]